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Kubernetes Deployment 故障排查常见方法[译]

本文翻译自 A visual guide on troubleshooting Kubernetes deployments

下面示意图可以帮助你调试 Kubernetes Deployment(你可以在此处【下载它的 PDF 版本】),另外在微信群里面也看到有朋友分享了一个对应的中文版(你可以在此处【下载它的中文版本】):

troubleshooting deployments

当你希望在 Kubernetes 中部署应用程序时,你通常会定义三个组件:

  • Deployment – 用于创建你的应用程序的 Pod 副本的清单;
  • Service – 一个内部负载均衡器,用于将流量路由到内部的 Pod 上;
  • Ingress – 描述流量如何从集群外部流入到集群内部的服务上。

下面的示意图可以来简单说明:

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假设你要部署一个简单的 “HelloWorld” 应用,该应用的 YAML 文件的内容应该类似下面这样:

apiVersion: apps/v1
kind: Deployment
metadata:
  name: my-deployment
  labels:
    track: canary
spec:
  selector:
    matchLabels:
      any-name: my-app
  template:
    metadata:
      labels:
        any-name: my-app
    spec:
      containers:
      - name: cont1
        image: learnk8s/app:1.0.0
        ports:
        - containerPort: 8080
---
apiVersion: v1
kind: Service
metadata:
  name: my-service
spec:
  ports:
  - port: 80
    targetPort: 8080
  selector:
    name: app
---
apiVersion: networking.k8s.io/v1beta1
kind: Ingress
metadata:
  name: my-ingress
spec:
  rules:
  - http:
    paths:
    - backend:
        serviceName: app
        servicePort: 80
      path: /

这个定义很长,组件之间的相互关系并不容易看出来。例如:

  • 什么时候应使用 80 端口,又是何时应使用 8080 端口?
  • 你是否应该为每个服务创建一个新端口以免它们相互冲突?
  • 标签(label)名重要吗?它们是否在每个地方都应该是一样的?

在进行调试之前,让我们回顾一下这三个组件是如何相互关联的。让我们先从 Deployment 和 Service 开始。

连接 Deployment 和 Service

值得注意的是,Service 和 Deployment 之间其实根本没有连接。事实是:Service 直接指向 Pod,并完全跳过了Deployment。

所以,你应该注意的是 Pod 和 Service 之间的相互关系。你应该记住三件事:

  • Service selector 应至少与 Pod 的一个标签匹配;
  • Service 的 targetPort 应与 Pod 中容器的 containerPort 匹配;
  • Service 的 port 可以是任何数字。多个 Service 可以使用同一端口号,因为它们被分配了不同的 VIP 地址。

下面的图总结了如何连接端口:

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仔细再看看 YAML 文件,Label 标签和 ports/targetPort 应该匹配:

apiVersion: apps/v1
kind: Deployment
metadata:
  name: my-deployment
  labels:
    track: canary
spec:
  selector:
    matchLabels:
      any-name: my-app
  template:
    metadata:
      labels:
        any-name: my-app
    spec:
      containers:
      - name: cont1
        image: learnk8s/app:1.0.0
        ports:
        - containerPort: 8080
---
apiVersion: v1
kind: Service
metadata:
  name: my-service
spec:
  ports:
  - port: 80
    targetPort: 8080
  selector:
    any-name: my-app

那 Deployment 顶部的 track: canary 标签呢?它也应该匹配吗?该标签属于 Deployment,Service 的选择器不会使用它来路由请求。换句话说,你可以安全地删除它或为其分配其他值。

matchLabels 选择器呢?它必须始终与 Pod 的标签匹配,并且被 Deployment 用来跟踪 Pod。

假设你已经进行了所有正确的设置,该如何测试它呢?你可以使用以下命令检查 Pod 是否具有正确的标签:

$ kubectl get pods --show-labels

或者,如果你有属于多个应用程序的 Pod:

$ kubectl get pods --selector any-name=my-app --show-labels

其中 any-name=my-app 就是标签:any-name: my-app

你还可以使用 kubectl 中的 port-forward 命令连接到 service 并测试连接。

$ kubectl port-forward service/3000:80
  • service/ 是服务的名称- 在上面的 YAML 中是“my-service”
  • 3000 是你希望在节点上打开的端口
  • 80 是 service 通过 port 字段暴露的端口

如果可以连接,则说明设置正确。如果不行,则很可能是你填写了错误的标签或端口不匹配。

连接 Service 和 Ingress

接下来是配置 Ingress 以将你的应用暴露到集群外部。Ingress 必须知道如何检索服务,然后检索 Pod 并将流量路由给它们。

Ingress 按名字和暴露的端口检索正确的服务。在 Ingress 和 Service 中应该匹配两件事:

  • Ingress 的 servicePort 应该匹配 service 的 port;
  • Ingress 的 serviceName 应该匹配 service 的 name。

下图总结了 Ingress 于 Service 之间是如何连接端口的:

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在实践过程中,我们应该可以看到如下所示的资源清单文件(下面代码中的 my-service 和 80):

apiVersion: v1
kind: Service
metadata:
  name: my-service
spec:
  ports:
  - port: 80
    targetPort: 8080
  selector:
    any-name: my-app
---
apiVersion: networking.k8s.io/v1beta1
kind: Ingress
metadata:
  name: my-ingress
spec:
  rules:
  - http:
    paths:
    - backend:
        serviceName: my-service
        servicePort: 80
      path: /

那么我们应该如何测试 Ingress 是否正常工作呢?你可以使用与以前相同的策略kubectl port-forward,但是这次你应该连接到 Ingress 控制器,而不是连接到 Service。

首先,使用以下命令检索 Ingress 控制器的 Pod 名称:

$ kubectl get pods --all-namespaces
NAMESPACE   NAME                              READY STATUS
kube-system coredns-5644d7b6d9-jn7cq          1/1   Running
kube-system etcd-minikube                     1/1   Running
kube-system kube-apiserver-minikube           1/1   Running
kube-system kube-controller-manager-minikube  1/1   Running
kube-system kube-proxy-zvf2h                  1/1   Running
kube-system kube-scheduler-minikube           1/1   Running
kube-system nginx-ingress-controller-6fc5bcc  1/1   Running

标识 Ingress Pod(可能在其他命名空间中)并描述它以获取端口:

$ kubectl describe pod nginx-ingress-controller-6fc5bcc 
 --namespace kube-system 
 | grep Ports
Ports:         80/TCP, 443/TCP, 18080/TCP

最后,连接到该 Pod 上:

$ kubectl port-forward nginx-ingress-controller-6fc5bcc 3000:80 --namespace kube-system

现在每次你访问计算机上的 3000 端口时,请求都会转发到 Ingress 控制器 Pod 上的 80 端口。如果访问http://localhost:3000,则应可以访问到提供网页服务的应用程序。

端口回顾

现在我们来快速回顾一下哪些端口和标签应该匹配:

  • Service selector 应与 Pod 的标签匹配
  • Service 的 targetPort 应与 Pod 中容器的 containerPort 匹配
  • Service 的端口可以是任何数字。多个服务可以使用同一端口,因为它们分配了不同的 IP 地址
  • Ingress 的 servicePort 应该匹配 Service 的 port
  • Serivce 的名称应与 Ingress 中的 serviceName 字段匹配

知道了如何定义 YAML 资源清单文件这只是我们故事的一部分。出了问题后该怎么办?Pod 可能无法启动,或者正在崩溃。接下来给大家介绍几种常见的故障排查方法。

故障排查3步骤

在深入研究失败的 Deployment 之前,我们必须对 Kubernetes 的工作原理有一个明确定义的模型。由于每个Deployment 中都有三个组件,因此你应该自下而上依次调试所有组件。

  • 你应该先确保 Pods 正在运行
  • 然后,专注于让 Service 将流量路由到正确的 Pod
  • 然后,检查是否正确配置了 Ingress
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1.Pod 故障排查

在大多数情况下,问题出在 Pod 本身。你应该确保 Pod 正在运行并准备就绪。该如何检查呢?

$ kubectl get pods
NAME                    READY STATUS            RESTARTS  AGE
app1                    0/1   ImagePullBackOff  0         47h
app2                    0/1   Error             0         47h
app3-76f9fcd46b-xbv4k   1/1   Running           1         47h

在上述会话中,最后一个 Pod 处于就绪并正常运行的状态;但是,前两个 Pod 既不处于 Running 也不是 Ready。

你应该如何查看出了什么问题呢?有四个有用的命令可以对 Pod 进行故障排除:

  • kubectl logs 有助于检索 Pod 容器的日志
  • kubectl describe pod 检索与 Pod 相关的事件列表很有用
  • kubectl get pod 用于提取存储在 Kubernetes 中的 Pod 的 YAML 定义
  • kubectl exec -it bash 在 Pod 的一个容器中运行交互式命令很有用

那么应该使用哪一个呢?没有一种万能的。相反,我们应该结合着使用它们。

常见 Pod 错误

Pod 可能会出现启动和运行时错误。启动错误包括:

  • ImagePullBackoff
  • ImageInspectError
  • ErrImagePull
  • ErrImageNeverPull
  • RegistryUnavailable
  • InvalidImageName

运行时错误包括:

  • CrashLoopBackOff
  • RunContainerError
  • KillContainerError
  • VerifyNonRootError
  • RunInitContainerError
  • CreatePodSandboxError
  • ConfigPodSandboxError
  • KillPodSandboxError
  • SetupNetworkError
  • TeardownNetworkError

有些错误比其他错误更常见。以下是最常见的错误列表以及如何修复它们的方法。

ImagePullBackOff

当 Kubernetes 无法获取到 Pod 中某个容器的镜像时,将出现此错误。共有三个可能的原因:

  • 镜像名称无效-例如,你拼错了名称,或者镜像不存在
  • 你为镜像指定了不存在的标签
  • 你尝试检索的镜像属于一个私有 registry,而 Kubernetes 没有凭据可以访问它

前两种情况可以通过修改镜像名称和标记来解决。针对第三种情况,你应该将私有 registry 的访问凭证通过 Secret添加到 Kubernetes 中并在 Pod 中引用它。

官方文档中有一个有关如何实现此目标的示例

CrashLoopBackOff

如果容器无法启动,则 Kubernetes 将显示错误状态为:CrashLoopBackOff

通常,在以下情况下容器无法启动:

  • 应用程序中存在错误,导致无法启动
  • 你未正确配置容器
  • Liveness 探针失败太多次

你应该尝试从该容器中检索日志以调查其失败的原因。如果由于容器重新启动太快而看不到日志,则可以使用以下命令:

$ kubectl logs  --previous

这个命令可以打印前一个容器的错误日志信息。

RunContainerError

当容器无法启动时,会出现此错误。甚至在容器内的应用程序启动之前。该问题通常是由于配置错误,例如:

  • 挂载不存在的卷,例如 ConfigMap 或 Secrets
  • 将只读卷挂载为可读写
  • 你应该使用kubectl describe pod命令收集和分析错误

Pending 状态的 Pod

当创建 Pod 时,该 Pod 处于 Pending 状态。为什么?假设你的调度程序组件运行良好,可能的原因如下:

  • 集群没有足够的资源(例如CPU和内存)来运行 Pod
  • 当前的命名空间具有 ResourceQuota 对象,创建 Pod 将使命名空间超过配额
  • 该 Pod 绑定到一个处于 pending 状态的 PersistentVolumeClaim

最好的选择是检查kubectl describe命令输出的“事件”部分内容:

$ kubectl describe pod 

对于因 ResourceQuotas 而导致的错误,可以使用以下方法检查集群的日志:

$ kubectl get events --sort-by=.metadata.creationTimestamp

未就绪状态的 Pod

如果 Pod 正在运行但未就绪(not ready),则表示 readiness 就绪探针失败。当“就绪”探针失败时,Pod 未连接到服务,并且没有流量转发到该实例。

就绪探针失败是应用程序的特定错误,因此你应检查kubectl describe中的“事件”部分以识别错误。

2.Service 故障排查

如果你的 Pod 正在运行并处于就绪状态,但仍无法收到应用程序的响应,则应检查服务的配置是否正确。

Service 旨在根据标签将流量路由到对应的 Pod。因此,你应该检查的第一件事是服务关联了多少个 Pod。你可以通过检查服务中的端点(endpoint)来做到这一点:

$ kubectl describe service  | grep Endpoints

端点是一个集合,并且在服务以 Pod 为目标时,应该至少有一个端点。如果“端点”部分为空,则有两种解释:

  • 你没有运行带有正确标签的 Pod(应检查自己是否在正确的命名空间中)
  • Service 的 selector 标签上有错字

如果你看到端点列表,但仍然无法访问你的应用程序,则 targetPort 很有可能不匹配导致的。那我们应该如何测试 Service 呢?

无论服务类型如何,你都可以使用kubectl port-forward来连接它:

$ kubectl port-forward service/3000:80

3.Ingress 的故障排查

如果你已经排查到这一步了的话,则:

  • Pod 正在运行并准备就绪
  • Serivce 会将流量分配到 Pod

但是你仍然看不到应用程序的响应。这意味着最有可能是 Ingress 配置错误。由于正在使用的 Ingress 控制器是集群中的第三方组件,因此有不同的调试技术,具体取决于 Ingress 控制器的类型。

但是在深入研究 Ingress 专用工具之前,你可以用一些简单的方法进行检查。

Ingress 使用 serviceName 和 servicePort 连接到 Service。你应该检查这些配置是否正确。你可以通过下面命令检查 Ingress 配置是否正确:

$ kubectl describe ingress 

如果 backend 一列为空,则配置中必然有一个错误。如果你可以在“backend”列中看到端点,但是仍然无法访问该应用程序,则可能是以下问题:

  • 你如何将 Ingress 暴露于公网的
  • 你如何将集群暴露于公网的

你还可以通过直接连接到 Ingress Pod 来将基础问题与 Ingress 隔离开。首先,获取你的 Ingress 控制器 Pod(可以位于其他名称空间中):

$ kubectl get pods --all-namespaces
NAMESPACE   NAME                              READY STATUS
kube-system coredns-5644d7b6d9-jn7cq          1/1   Running
kube-system etcd-minikube                     1/1   Running
kube-system kube-apiserver-minikube           1/1   Running
kube-system kube-controller-manager-minikube  1/1   Running
kube-system kube-proxy-zvf2h                  1/1   Running
kube-system kube-scheduler-minikube           1/1   Running
kube-system nginx-ingress-controller-6fc5bcc  1/1   Running

然后描述它以获取 Ingress 控制器 Pod 的端口:

$ kubectl describe pod nginx-ingress-controller-6fc5bcc
 --namespace kube-system 
 | grep Ports

最后,连接到 Pod:

$ kubectl port-forward nginx-ingress-controller-6fc5bcc 3000:80 --namespace kube-system

此时,每次你访问计算机上的端口 3000 时,请求都会转发到 Pod 上的端口 80。现在可以用吗?

  • 如果可行,则问题出在基础架构中,你应该调查流量如何路由到你的集群。
  • 如果不起作用,则问题出在 Ingress 控制器中,你应该调试 Ingress。

如果仍然无法使 Ingress 控制器正常工作,则应开始对其进行调试。目前有许多不同版本的 Ingress 控制器。热门选项包括 Nginx,HAProxy,Traefik 等,你应该查阅 Ingress 控制器的文档以查找故障排除指南。

由于 Ingress Nginx 是最受欢迎的 Ingress 控制器,因此接下来我们将介绍一些有关调试 ingress-nginx 的技巧。

调试 Ingress Nginx

Ingress-nginx 项目有一个 Kubectl 的官方插件

你可以使用 kubectl ingress-nginx

  • 检查日志,后端,证书等。
  • 连接到 ingress
  • 检查当前配置

你应该尝试的三个命令是:

  • kubectl ingress-nginx lint,它会检查 nginx.conf 配置
  • kubectl ingress-nginx backend,它会检查后端(类似于kubectl describe ingress
  • kubectl ingress-nginx logs,查看日志

请注意,你可能需要为 Ingress 控制器指定正确的名称空间 namespace

总结

如果你不知道从哪里开始,那么在 Kubernetes 中进行故障排查可能是一项艰巨的任务。你应该始终牢记从下至上解决问题:从 Pod 开始,然后通过 Service 和 Ingress 向上移动排查。

你在本文中了解到的调试技术也可以应用于其他对象,例如:

  • failing Job 和 CronJob
  • StatefulSets 和 DaemonSets

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文章来源于互联网:Kubernetes Deployment 故障排查常见方法[译]

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